KR20030031432A

KR20030031432A - 내연기관의 배기가스 정화장치

Info

Publication number: KR20030031432A
Application number: KR1020020062388A
Authority: KR
Inventors: 가꼬준이찌; 나가이도시나리; 가또나오또; 가따야마아끼히로; 마쯔모또겐따로; 고지마신지; 바바나오끼
Original assignee: 도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2002-10-14
Publication date: 2003-04-21
Also published as: US20030070419A1; EP1302647B1; EP1302647A3; EP1302647A2; US6860101B2; KR100517040B1

Abstract

배기가스 정화장치로서,

유입하는 배기가스의 공연비가 희박한 경우에는 배기가스중의 NOx 를 흡수하며, 또한 배기가스의 공연비가 농후해진 경우에는 흡수된 NOx 를 배기가스중의 환원제로 환원함으로써 정화하는 NOx 촉매;

상기 NOx 촉매에 유입하는 배기가스의 공연비가 희박한 경우에 NOx 촉매의 각각의 영역에서의 단위시간당 흡수된 NOx 의 양을 산출하기 위한 제 1 유닛; 및

NOx 촉매의 영역에 대해 상기 제 1 계산유닛에 의해 산출된 NOx 의 양을 합산함으로써 NOx 촉매에 흡수된 NOx 의 총량을 산출하기 위한 제 2 유닛을 포함하는 배기가스 정화장치.

Description

내연기관의 배기가스 정화장치{EXHAUST GAS PURIFICATION SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연기관용 배기가스 정화장치에 관한 것이다.

NOx 촉매는 내연기관으로부터 방출된 배기가스중에 함유된 질소산화물(NOx)을 정화하는 것으로 알려져 있다. NOx 촉매는, 배기가스의 공연비가 희박한 경우 촉매에 유입하는 배기가스중의 NOx 가 흡수되며, 일단 유입하는 배기가스의 공연비가 농후해지면, 흡수되었던 NOx 가 방출되며, 따라서 방출된 NOx 는 배기가스중에 함유된 HC, CO 또는 H₂등의 환원제로 환원됨으로써 정화되는 형태로 잘 알려져 있다.

이러한 형태의 NOx 촉매는, 기관내의 연소가 대부분 엔진 운전 영역이 희박한 공연비에서 실행되는 형태의 내연기관에 주로 사용된다. 이러한 경우, 희박한 공연비의 배기가스가 내연기관으로부터 방출되는 한, 배기가스중에 함유된 NOx 는 NOx 촉매에 계속해서 흡수된다. 희박한 공연비의 배기가스가 거의 모든 엔진운전 영역에서 내연기관으로부터 방출되는 사실의 입장에서, NOx 촉매에 흡수된 NOx 의 총량(이하, 총 흡수된 NOx 양으로 간주)은 곧 상기 촉매에 의해 흡수될 수 있는 최대 NOx 양(이하, 최대 흡수가능한 NOx 양으로서 간주)을 초과한다. 그런후, NOx 는 상기 NOx 촉매에 더 이상 흡수될 수 없으며 NOx 촉매로부터 하류로유출되어, 배출물을 저하시킨다.

서술된 형태의 NOx 촉매가 상술한 형태의 내연기관에 사용되는 경우, NOx 촉매에 농후한 공연비를 갖는 배기가스를 공급하여, 총 흡수된 NOx 양이 최대 흡수가능한 NOx 양을 초과하기 전에 NOx 를 환원시킴으로써 그것을 정화할 필요가 있다. 농후한 공연비의 배기가스가 NOx 촉매에 공급되어야 하는지 여부를 결정하기 위해, 가능한 정확하게 총 흡수된 NOx 양을 검출할 필요가 있다. 총 흡수된 NOx 양을 산출하기 위한 간단한 수단에 있어서, NOx 촉매에 유입한 NOx 농도는 단위시간당 NOx 촉매의 단위 NOx 농도당 NOx 촉매에 흡수될 수 있는 NOx 의 양(이하, NOx 흡수율 상수)으로 곱해지며, 단위시간당 NOx 촉매에 흡수된 NOx 양(이하, 단위 흡수가능한 NOx 양으로 간주)이 합산된다.

상기 NOx 흡수율은, 계속해서 변화하는 총 흡수된 NOx 양 및 NOx 촉매의 최대 흡수가능한 NOx 양과 함께 변화한다. 따라서, 상술한 수단으로 인해, 총 흡수된 NOx 양이 항상 정확하게 검출될 수 있는 것은 아니다. 이러한 관점에서, 일본 특허공보 제 8-296472 호에 따라, 특정 시점에서의 총 흡수된 NOx 양 및 NOx 촉매의 최대 흡수가능한 NOx 양에 일치하는 NOx 흡수율 상수가 산출되어 총 흡수된 NOx 양을 산출하는데 사용된다.

NOx 촉매의 최대 흡수가능한 NOx 양 및 일정하게 변하는 총 흡수된 NOx 양이, NOx 촉매의 NOx 흡수율 상수에 영향을 미치는 유일한 인자가 아니다. 구체적으로, 총 흡수된 NOx 양을 더 정확하게 검출하려 한다면, 상기에 인용된 공보에서 서술된 총 흡수된 NOx 양을 산출하는 방법은 여전히 개선의 여지를 갖고 있다.

또한, NOx 촉매의 상류에 배치된 3원 촉매등의 배기가스 정화 촉매를 구비한 내연기관에서, NOx 촉매에 흡수된 NOx 의 총량은, 배기가스 정화 촉매의 효과를 고려하여 계산되어야 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 NOx 촉매에 흡수된 NOx 의 총량을 더욱 정확하게 산출하는 것이다.

제 1 발명에 따라,

배기가스 정화장치로서,

유입하는 배기가스의 공연비가 희박한 경우에는 유입하는 배기가스중의 NOx 를 흡수하며, 또한 유입하는 배기가스의 공연비가 농후해진 경우에는 흡수된 NOx 를 배기가스중의 환원제로 환원함으로써 그것을 정화하는 NOx 촉매;

상기 NOx 촉매에 유입하는 배기가스의 공연비가 희박한 경우에 NOx 촉매의 각각의 영역에서의 단위시간당 흡수된 NOx 의 양을 산출하기 위한 계산수단; 및

NOx 촉매의 영역에 대해 NOx 의 양을 적산함으로써 NOx 촉매에 흡수된 NOx 의 총량을 산출하기 위한 수단을 포함하는 배기가스 정화장치가 제공된다.

제 2 발명에 따라,

상기 제 1 발명은, 상기 NOx 양이 허용 한계값에 도달하는 경우, 상기 NOx 촉매에 농후한 공연비를 갖는 배기가스를 공급하기 위한 수단을 더 포함한다.

제 3 발명에 따라,

배기통로에 배치된 NOx 촉매;

상기 NOx 촉매보다도 상류측의 배기통로에 배치된 배기가스 정화장치;

상기 배기가스 정화 촉매로부터 유출하여 상기 NOx 촉매에 유입하는 적어도 하나의 성분의 양과 관련된 값을 산출하기 위한 계산수단; 및

상기 계산수단에 의해 산출된 성분의 양과 관련된 값을 기초로 리치 스파이크 운전을 실시하기 위한 리치 스파이크 실시수단을 포함하는 배기가스 정화장치가 제공된다.

제 4 발명에 따라,

제 3 발명에 있어서, 상기 성분은 NOx 이며, 상기 계산수단에 의해 산출된 성분의 양과 관련된 상기 값은 상기 NOx 촉매에 유입하는 NOx 양의 적산값이다.

제 5 발명에 따라,

제 3 발명에 있어서, 상기 성분은, 리치 스파이크 운전이 실시되지 않는 경우 상기 NOx 촉매에 흡수된 NOx 및 상기 리치 스파이크 운전이 실시되는 경우 상기 NOx 촉매에 흡수된 NOx 를 환원시키는 환원성분을 포함하며,

상기 계산수단에 의해 산출된 상기 성분의 양과 관련된 상기 값은, 리치 스파이크 운전이 실시되지 않는 경우 상기 NOx 촉매에 유입하는 NOx 의 양을 적산하고, 리치 스파이크 운전이 실시되는 경우 상기 NOx 촉매에 유입하는 상기 환원성분의 양과 관련된 상기 값을 뺌으로써 얻어지는 값이다.

제 6 발명에 따라,

제 4 발명에 있어서, 상기 NOx 촉매에 유입하는 상기 환원제의 양은, 리치 스파이크 운전이 실시되는 경우 상기 NOx 촉매에 유입하는 상기 환원성분의 양에기초하여 제어된다.

제 7 발명에 따라,

제 3 발명에 있어서, 상기 성분은 NOx 이며, NOx 촉매는, 상기 NOx 촉매에 유입하는 배기가스의 공연비가 희박한 경우에는 배기가스중의 NOx 를 흡수하는 반면에, 유입하는 배기가스의 공연비가 농후해진 경우에는 흡수된 NOx 를 배기가스중의 환원성분으로 환원함으로써 정화한다.

제 8 발명에 따라,

배기통로내에 배치된 NOx 촉매;

상기 NOx 촉매보다도 상류측의 배기통로에 배치된 배기가스 정화 촉매;

상기 배기가스 정화 촉매로부터 유출하여 단위시간당 상기 NOx 촉매의 각각의 영역에 흡수되는 성분의 양을 산출하기 위한 제 1 계산수단;

상기 제 1 계산수단에 의해 각각 산출된 상기 NOx 촉매영역에 대한 상기 성분의 양을 합산함으로써 상기 NOx 촉매에 흡수된 상기 성분의 총량을 산출하기 위한 제 2 계산수단; 및

상기 제 2 계산수단에 의해 산출된 상기 성분의 양에 기초하여 리치 스파이크 운전을 실시하기 위한 리치 스파이크 실시 수단을 포함하는 배기가스 정화장치가 제공된다.

제 9 발명에 따라,

제 8 발명에 있어서, 상기 성분은 NOx 이며, 상기 NOx 촉매는, 유입하는 배기가스의 공연비가 희박한 경우에는 배기가스중의 NOx 를 흡수하는 반면, 유입하는배기가스의 공연비가 농후해진 경우에는 흡수된 NOx 를 배기가스중의 환원제로 환원함으로써 정화한다.

제 10 발명에 따라,

제 8 발명에 있어서, 상기 성분은 NOx 이며, 상기 제 2 계산수단에 의해 산출된 총 성분의 양은 상기 NOx 촉매에 흡수된 NOx 양의 적산값이다.

제 11 발명에 따라,

제 8 발명에 있어서, 상기 성분은, 리치 스파이크 운전이 실시되지 않는 경우 상기 NOx 촉매에 흡수된 NOx 및 상기 리치 스파이크 운전이 실시되는 경우 상기 NOx 촉매에 흡수된 NOx 를 환원시키는 환원성분을 포함하며,

상기 제 2 계산수단에 의해 산출된 총 성분의 양은, 리치 스파이크 운전이 실시되지 않는 경우 상기 NOx 촉매에 흡수된 NOx 의 양을 적산하고, 리치 스파이크 운전이 실시되는 경우 상기 NOx 촉매에 유입하는 상기 환원성분의 양과 관련된 값을 뺌으로써 얻어지는 값이다.

제 12 발명에 따라,

제 11 발명에 있어서, 상기 NOx 촉매에 유입하는 상기 환원제의 양은, 리치 스파이크 운전이 실시되는 경우 상기 NOx 촉매에 유입하는 상기 환원성분의 양에 기초하여 제어된다.

도 1 은 NOx 촉매를 도시하는 다이어그램이다.

도 2 는 NOx 촉매중 NOx의 흡수/방출 기구를 도시하는 다이어그램이다.

도 3 는 NOx촉매의 귀금속으로부터 NOx 흡수체까지의 거리 (D) 와 NOx 흡수속도 (Vnox) 사이의 관계를 도시하는 다이어그램이다.

도 4 는 촉매영역으로 유입하는 배기가스중 NOx의 농도를 산출하기 위한 방정식을 도시하는 다이어그램이다.

도 5 는 총 흡수된 NOx 양을 산출하기 위한 방정식을 도시하는 다이어그램이다.

도 6 은 총 흡수된 NOx 양을 산출하기 위한 플로우 챠트이다.

도 7 은 본 발명의 제 2 실시형태에 따라 배기가스 정화장치를 구비한 내연기관을 도시하는 다이어그램이다.

도 8 은 본 발명의 제 2 실시형태에 따라 흡수된 NOx 양을 산출하고 제어하기 위한 플로 챠트이다.

도 9 는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 리치 스파이크의 개시를 제어하기 위한 플로 챠트이다.

[도면의 주요부호에 대한 설명]

1NOx 촉매2배기통로

3케이싱4내연기관

5실린더6점화 플러그

7흡기통로8인젝터

9흡기밸브10배기통로

11배기밸브12스로틀밸브

13스로틀 위치센서14가속기 페달

16스로틀 모터17서어지 탱크

18가속기 위치센서19상온시동 인젝터

20SCV21SCV 위치센서

22DC 모터23가변밸브 타이밍기구

24캠 위치센서25크랭크 위치센서

26피스톤27노크센서

28수온센서29시동촉매

30공연비 센서31NOx 촉매

35연료탱크36저압 연료공급 펌프

37연료필터38고압 연료펌프

40활성탄깡통41퍼지 컨트롤 밸브

42리턴파이프43ECU

44EGR 밸브

본 발명은 아래에서 설명될 것이다. 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 배기가스 정화장치는 도 1 에 도시된 것처럼 NOx 촉매 (1) 를 구비한다. 기관의흡기통로, 연소실 및 NOx 촉매 (1) 의 배기통로 상류로 공급되는 연료(탄화수소)의 양에 대한 공기양의 비가, 배기가스의 공연비로 정의된다면, 상기 NOx 촉매 (1) 는, 유입하는 배기가스의 공연비가 희박(lean)한 경우에는 배기가스중의 NOx(질소산화물)를 흡수하며, 그리고 유입하는 배기가스의 공연비가 농후(rich)한 경우에는 흡수한 NOx를 방출한다. 따라서 상기 방출된 NOx는 배기가스중에 함유된 HC, CO 또는 H₂등의 환원제로 환원됨으로써 정화될 수 있다.

상기 NOx 촉매 (1) 는 NOx 흡수체 및 촉매금속을 포함한다. 상기 NOx 흡수체는, 예를 들어, 칼륨(K), 나트륨(Na), 리튬(Li) 또는 세슘(Cs)등의 알카리 금속, 바륨(Ba) 또는 칼슘(Ca)등의 알카리 토금속, 및 란타늄(La) 또는 이트리움(Y)등의 희토류와 플라티늄(Pt)등의 귀금속 중 적어도 선택된 하나를 운반하기 위한 캐리어로써 알루미나를 포함한다.

NOx 흡수체의 흡수-방출운전의 상세한 기구는 완전하게 해명되어 오지 않았다. 그럼에도 불구하고, 상기 흡수-방출운전은 도 2 에 도시된 기구로 실시되는 것으로 간주된다. 이 기구는 플라티늄(Pt)과 바륨(Ba)이 캐리어상에 운반되는 경우에 관하여 설명될 것이다. 다른 귀금속, 알카리금속, 알카리토금속 및 희토류에도 유사한 기구가 적용된다.

제 1 실시형태에 따에 NOx 촉매를 구비하는 내연기관에 있어서, 연소는 대부분의 운전조건에서 종종 사용된 희박한 공연비로 실시된다. 상기 연소가 희박한 공연비로 수행되는 경우, 배기가스의 산소농도가 너무 높아, 도 2A 에 도시된것처럼, 산소 O₂는 O₂ ^-, 또는 O^2-의 형태로 플라티늄(Pt)의 표면에 접근한다. 한편, 유입하는 배기가스중에 함유된 NO 는 플라티늄(Pt)의 표면상에서 O₂ ^-, 또는 O^2-와 반응하여 NO₂(2NO + O₂→2NO₂)를 형성한다. 그런후, 발생된 NO₂의 일부가 플라티늄(Pt)상에서 산화됨과 동시에 흡수체로 흡수되어 바륨산화물(BaO)과 결합한다. 동시에, 도 2A 에 도시된 것처럼, NO₂가 질산이온 NO₃ ^-의 형태로 흡수체에 확산된다. 이러한 방법으로, NOx 는 NOx 흡수체로 흡수된다. 유입하는 배기가스의 산소농도가 고농도로 유지되는 한, ,NO₂가 플라티늄(Pt)의 표면상에서 발생되어, 상기 흡수체의 NOx 흡수능력이 포화되지 않아, NO₂가 흡수체로 흡수되어 질산이온 NO₃ ^-이 발생된다.

일단 유입하는 배기가스의 공연비가 농후해지면, 유입하는 배기가스의 산소농도가 감소하여, 그 결과 플라티늄(Pt)의 표면상에서 발생하는 NO₂양이 감소한다. 발생된 NO₂양의 감소로, 상기 반응의 역반응(NO₃→NO₂)이 발생하며, 상기 흡수체내의 질산이온 NO₃ ^-이 흡수체로부터 NO₂의 형태로 방출된다. NOx 흡수체로부터 방출된후, NOx 는 도 2B 에 도시된 것처럼, 유입하는 배기가스중에 연소되지 않은채 남아있는 C, CO 및 H₂등의 환원제의 다량과 반응하여 환원된다. 일단 유입하는 배기가스의 공연비가 농후해지면, NOx는 상기 NOx 흡수체로부터 방출되어 짧은 시간내에 환원되며, 따라서, 대기중으로 방출되지 않는다.

제 1 실시형태에 따른 NOx 촉매 (1) 는 배기통로 (2) 의 일부를 차지하는 케이싱 (3) 내에 배치된다.

상기 NOx 촉매 (1) 는, NOx 가 최대로 흡수될 수 있는 한계값(여기서는 최대 흡수가능한 NOx 양으로 간주됨)을 갖는다. NOx 촉매 (1) 가 상술한 내연기관의 배기통로 (2) 에 사용되는 경우, 희박한 공연비의 배기가스가 대부분의 기관운전 구역에서 NOx 촉매로 유입한다. 따라서, 상기 NOx 촉매 (1) 로 흡수되는 NOx 의 총량(여기서는 총 NOx 양으로서 간주됨)은 최대 흡수가능한 NOx 양에 도달한다. 그러한 경우, 희박한 공연비를 갖는 배기가스가 이 배기가스로부터 NOx 를 더 이상 흡수할 수 없는 NOx 촉매 (1) 로 계속하여 유입함으로 인해, NOx 가 NOx 촉매 (1) 를 통해 하류로 유출하여, 가스방출을 열화시킨다.

본 발명의 제 1 실시형태에 따라, 일정한 변화를 하는 총 NOx 양이 산출되며 그리고, 상기 총 NOx 양이 최대 흡수가능한 NOx 양을 초과하기 전에, 농후한 공연비(여기서는 농후한 가스로서 간주됨)를 갖는 배기가스가 NOx 촉매 (1) 에 공급되어, 상기 NOx 촉매 (1) 로 흡수된 NOx 가 NOx 촉매 (1) 로부터 방출되게 한다. 공정에서, 산출된 총 NOx 양이 실제 총 NOx 양에 가까울수록, NOx 촉매 (1) 중 NOx 하류의 유출이 억제될 수 있는 정밀도가 더 높아진다. 특히, 가능한 실제 값에가까운 총 NOx 양의 산출은 가스방출을 만족스러운 상태에 유지하는데 중요하다. 제 1 실시형태에 따라, 상기 총 NOx 양은 다음의 방법에 의해 산출된다.

단위당 NOx 촉매 (1) 로 흡수가능한 NOx 의 유입량(여기서는 NOx 흡수속도 상수로 간주됨)이 많을수록, 단위 시간당 NOx 촉매 (1) 로 흡수되는 NOx 의 양(여기서는 유닛당 흡수된 NOx 양으로 간주됨)이 더 많아진다. 즉, 단위당 흡수된 NOx 양의 정확한 산출을 위해 특정한 시간에서의 NOx 흡수속도 상수를 측정하는 것이 필요하다.

NOx 촉매 (1) 는 귀금속 및 NOx 흡수체를 함유한다. 상기 NOx 흡수속도 상수는 귀금속과 NOx 흡수체 사이의 거리에 따라 변한다. 도 3 에 도시된 것처럼, 귀금속으로부터 NOx 흡수체까지의 거리 (D) 가 길수록, NOx 흡수속도 상수 (Vnox) 는 더 작아진다.

상기 NOx 흡수체는 촉매 캐리어의 벽표면상에 코팅된 층에 장착된다. NOx 흡수속도 상수는 또한 코팅층의 표면과 NOx 흡수체 사이의 거리에 따라 변한다. 즉, 상기 코팅층의 표면과 상기 NOx 흡수체 사이의 거리가 클 수록, 상기 NOx 흡수속도 상수는 더 작아진다.

더우기, NOx 는 상기 코팅층을 통해 확산에 의해 NOx 흡수체에 도달하며, 그리고 상기 NOx 흡수속도 상수는 코팅층내의 NOx 확산속도 상수에 따라 변한다. 즉, 코팅층내의 NOx 확산속도 상수가 클수록, NOx 흡수속도 상수가 더 커진다.

상술한 3개의 변수, 즉, 귀금속으로부터 NOx 흡수체까지의 거리, 코팅층의 표면으로부터 NOx 흡수체까지의 거리 및 코팅층내의 NOx 확산속도 상수가, NOx 확산속도 상수에 대한 효과는 NOx 촉매의 운전조건과 함께 변화지 않은채로 남아있고 처음으로 결정된다. NOx 촉매 (1) 의 전체 내부면적이 분할되는 다수의 면적 각각에 대한 상기 NOx 흡수속도 상수가 실험적으로 미리 결정되는 경우에, 그렇게 결정된 NOx 흡수속도 상수는 상술한 3개 변수의 효과를 반영한다. 상술한 3개 변수는 NOx 촉매의 퇴화정도에 따라 다소 변할 수 있다. 따라서, 기관이 가동되는 동안에 결정되는 NOx 흡수속도 상수를 사용하는 것이 바람직하다.

실험적으로 미리 결정된 각각의 촉매영역에 대한 NOx 흡수속도 상수는 각각의 촉매영역에 대해 초기에 달성될 수 있는 최대 NOx 흡수속도 상수이다. 따라서, 다음의 설명에서, 각각의 영역에 대해 미리 실험적으로 결정된 NOx 흡수속도 상수는 초기의 NOx 흡수속도 상수로서 간주된다.

더우기, 상기 NOx 흡수속도 상수는 NOx 촉매 (1) 로 이미 흡수된 NOx 의 양(총 흡수된 NOx 양)에 따라 변한다. 즉, 상기 총 흡수된 NOx 양이 클수록, 상기 NOx 흡수속도 상수는 더 작아진다. NOx 촉매 (1) 의 운전 중 총 흡수된 NOx 양은 일정하게 변한다. 따라서 NOx 촉매 (1) 의 운전중 총 흡수된 NOx 양의 산출하기 위해, 총 흡수된 NOx 양을 고려할 필요가 있다.

또한 NOx 흡수속도 상수는 NOx 촉매 (1) 로 유입하는 배기가스 중 NOx 의 농도에 따라 변한다. 즉, 배기가스의 NOx 농도가 더 높을수록, NOx 흡수속도 상수가 더 커진다. NOx 촉매 (1) 의 운전중 배기가스의 NOx 농도는 일정하게 변한다. 따라서, NOx 촉매 (1) 의 운전중 총 흡수된 NOx 양을 산출하는데 있어, 배기가스의 NOx 농도를 고려할 필요가 있다.

또한, NOx 촉매 (1) 로 유입하는 배기가스의 NOx 농도는, 배기가스가 NOx 촉매내 하류로 유출함에 따라 감소한다. 이것은 배기가스중에 함유된 NOx 는 그 상류측으로부터 흡수되어, 하류로 유출함에 따라 그 양이 점진적으로 감소한다. NOx 촉매 (1) 의 운전중 배기가스의 NOx 농도를 고려하여 총 흡수된 NOx 산출하는데 있어, 또한 배기가스의 NOx 농도가 NOx 촉매 (1) 의 하류에서 점진적으로 감소하는 사실을 고려할 필요가 있다.

전술한 사실을 고려하면서, 도 1 에 도시된 것처럼, 제 1 실시형태에 따라, 배기가스 입구로부터 배기가스 출구까지 신장하는 NOx 촉매 (1) 는 n 개의 촉매영역으로 등거리로 분할된다. 각각의 촉매영역에 대한 NOx 흡수속도 상수, 각각의 촉매영역에 대해 총 흡수된 NOx 양 및 전체 NOx 촉매 (1) 에 대해 총 흡수된 NOx 양은 도 5 에 도시된 방정식에 따라 산출된다. 제 1 실시형태에 따라 다수의 촉매영역으로 등거리로 분할된, 배기가스 입구로부터 배기가스 출구까지 신장하는 NOx 촉매 (1) 는 다양한 대체 방법으로 다수의 촉매영역으로 분할될 수 있다. 그러나, 기본적으로, NOx 촉매 (1) 는 NOx 흡수속도 상수에 의해 다수의 영역으로 분할된다.

제 1 실시형태에 있어서, 제 1 촉매영역인 가장 상류측으로부터 셀때 NOx 촉매 (1) 의 k번째 촉매영역에 대한 NOx 흡수속도 상수 (Vnox(k)) 는 도 5 에 도시된 방정식 (1) 에 따라 먼저 산출된다. 이 방정식에서, Cnox 는 제 1 촉매영역으로 유입하는 배기가스의 NOx 농도를 나타내며, 그리고 Vnox(k-1) 는 (k-1) 번째 촉매영역에 대한 NOx 흡수속도 상수를 나타낸다. 또한 문자 A 는 NOx 촉매입구에서 유동경로의 구간영역을 나타내며, 그리고 문자 u 는 NOx 촉매입구에서의 가스유동속도를 나타낸다. 따라서, 도 4 에 도시된 방정식으로 산출된 값 (Cnox(k)) 은 k번째 촉매영역으로 유입하는 배기가스의 NOx 농도이다.

더우기, ksO 는 미리 실험적으로 결정된 NOx 촉매 (1) 의 초기 NOx 흡수속도 상수를 나타내며, 그리고 ks(k) 는, 초기의 NOx 흡수속도 상수 (ksO) 가 k번째 촉매영역에 대한 초기의 NOx 흡수속도 상수로의 변환에 대한 변환계수를 나타낸다. 따라서, ksO ×ks(k) 는 k번째 촉매영역에 대한 초기의 NOx 흡수속도 상수를 나타낸다.

또한, Anoxmax(k) 는 k번째 촉매영역에 대한 최대 흡수가능한 NOx 양을 나타내며, 그리고 Anox(k) 는 k번째 촉매영역에 대한 총 흡수된 NOx 양을 나타낸다. 즉, Anoxmax(k) - Anox(k) 는 k번째 촉매영역에서 여전히 흡수될 수 있는 NOx 양이다. 이 NOx 양이 클수록, k번째 촉매영역에 대한 NOx 흡수속도 상수가 더 크다.

그런후, k번째 촉매영역에 대한 총 흡수된 NOx 양 (Anox(k)) 은 도 5 에 도시된 방정식 (2) 에 따라 산출된다. 구체적으로, 도 5 에 도시된 방정식 (1) 에 따라 산출된 각각의 촉매영역에 대한 NOx 흡수속도 상수 (Vnox(k)) 는 시간의 함수로 적분되어 k번째 촉매영역에 대한 총 흡수된 NOx 양 (Anox(k)) 을 산출한다.

다음 단계로서, 전체 NOx 촉매 (1) 에 대하여 총 흡수된 NOx 양 (Atotal) 은 도 5 의 방정식 (3) 에 따라 산출된다. 구체적으로, 전체 NOx 촉매 (1) 에 대한 총 흡수된 NOx 양은 제 1 촉매영역에 대한 총 흡수된 NOx 양 (Anox(1)) 으로부터 도 5 의 방정식 (2) 에 따라 산출된 n번째 촉매영역에 대한 총 흡수된 NOx 양 (Anox(n)) 을 합산하여 산출한다.

농후한 가스가 NOx 촉매 (1) 에 공급되어 NOx 가 상기 NOx 촉매 (1) 로부터 방출되는 경우, 총 흡수된 NOx 양은 감소한다. 그러한 경우에, 농후한 가스는 NOx 촉매 (1) 에 공급되어, 이하에서 설명될 이유로 인한 열화된 연료비용을 희생하여 총 흡수된 NOx 양을 0 까지 감소시킬 수 있다. 구체적으로, 농후한 가스가 NOx 촉매 (1) 에 공급되는 경우라 할지라도, 모든 NOx 가 상기 NOx 촉매 (1) 로부터 즉시 방출되는 것이 아니라, 실제로는, 상당한 양의 NOx 가 NOx 촉매 (1) 의 일부영역에 남아있다. 남아있는 NOx 가 매우 소량일 지라도, 각각의 촉매영역으로부터 잔여 NOx 를 방출하도록 농후한 가스는 여전히 공급되어야 한다. 이러한 경우, 배기가스중 HC 부분은 NOx 를 방출하고 환원시키는데 사용되지 않고 낭비적으로 남아있을 것이다. 이러한 이유로, 농후한 가스는, NOx 촉매 (1) 에 공급되는 HC 가 낭비되지 않는 정도까지 NOx 촉매 (1) 에 공급되어, 농후한 가스공급이 중단된 상태에서 상기 NOx 촉매 (1) 에 남아있는 NOx 의 양(즉, 총 흡수된 NOx 양)이 정확하게 검출되며, 총 흡수된 NOx 양을 사용하여 농후한 가스를 공급하는 다음 시간이 결정된다. 이러한 방법으로, 상기 가스방출의 열화가 일반적으로 억제될 수 있으며 동시에 연료경제의 열화를 방지할 수 있다.

따라서, 제 1 실시형태에 따라, 농후한 가스가 NOx 촉매 (1) 에 공급되는 한, k번째 촉매영역에 대한 NOx 흡수속도 상수(실제로는, NOx 방출속도 상수)는 도 5 에 도시된 방정식 (1) 대신에 도 5 에 도시된 방정식 (4) 에 따라 산출된다.

각각의 촉매영역에 대한 NOx 방출속도 상수는 특정한 시간에서 NOx 촉매 (1) 에 흡수된 NOx 양에 따라 변한다. 따라서, 총 흡수된 NOx 양이 클수록, NOx 방출속도 상수는 더 커진다. 상술한 것처럼, 총 흡수된 NOx 양은, 농후한 가스가 NOx 촉매 (1) 에 공급되는 동안(즉, NOx 촉매 (1) 를 환원시키는 공정동안) 일정한 변화를 한다. 따라서, NOx 촉매 (1) 의 환원공정동안 총 흡수된 NOx 양을 산출하는데 있어, 총 흡수된 NOx 양을 고려할 필요가 있다.

또한, NOx 방출속도 상수는, NOx 촉매 (1) 로 유입하는 배기가스중에 함유된 HC, CO 또는 H₂등의 환원제의 농도에 따라 변하여, 상기 배기가스중에 함유된 환원제의 농도가 높을 수록, NOx 방출속도 상수가 더 커진다. 배기가스중에 함유된 환원제의 농도는 NOx 촉매 (1) 의 환원공정동안 일정하게 변한다. 따라서, NOx 촉매 (1) 의 환원공정동안 총 흡수된 NOx 양의 산출은, 배기가스중에 함유된 환원제의 농도를 또한 고려할 필요가 있다.

더우기, NOx 촉매 (1) 로 유입하는 배기가스중에 함유된 환원제의 상기 농도는, 배기가스가 NOx 촉매 (1) 의 하류로 진행함에 따라 감소한다. 이것은, 배기가스중에 함유된 상기 환원제가 상류측으로부터 점진적으로 소비되어 NOx 촉매 (1) 의 하류로 진행함에 따라 그 양이 감소하기 때문이다. 따라서, 배기가스중에 함유된 환원제의 농도를 고려하면서 NOx 촉매 (1) 의 환원공정 중 총 흡수된 NOx 양을 산출하는 경우, 배기가스중에 함유된 환원제의 농도가 NOx 촉매 (1) 의 하류에서 점진적으로 감소한다는 사실을 고려할 필요가 있다.

상술한 사실이 도 5 에 도시된 방정식 (4) 에 반영된다. 도 5 의 방정식 (4) 에서, Chc 는 제 1 촉매영역으로 유입하는 배기가스중에 함유된 환원제의 농도이며, 문자 α는 (k-1)번째 촉매영역에 대한 NOx 방출속도 상수를 k번째 촉매영역으로 유입하는 배기가스중에 함유된 환원제의 농도로 변환하기 위한 변환계수이다.

문자 kr0 는 NOx 촉매 (1) 를 사용하기 전에 실험적으로 결정된 NOx 촉매 (1) 의 초기 NOx 방출속도 상수를 나타내며, 그리고 문자 kr(k) 는 이 초기 NOx 방출속도 상수를 k번째 촉매영역에 대한 초기 NOx 방출속도 상수로 변환하기 위한 변환계수이다. 따라서, kr0 ×kr(k) 는 k번째 촉매영역에 대한 초기 NOx 방출속도 상수를 나타낸다.

문자 Anox(k) 는 k번째 촉매영역에 대한 총 흡수된 NOx 양을 나타낸다. 상기 값 (Anox(k)) 이 클수록, k번째 촉매영역에 대한 NOx 방출속도 상수가 더 크다.

본 발명의 제 1 실시형태에 따라 총 흡수된 NOx 양을 산출하기 위한 플로 차트의 일례가 도 6 에 도시되어 있다. 도 6 의 플로 차트에서, 단계 10 은, NOx 촉매 (1) 로 유입하는 배기가스의 공연비가 희박한지 여부를 결정하기 위한 것이다. 단계 10 에서 NOx 촉매 (1) 로 유입하는 배기가스의 공연비가 희박하다고 결정되는 경우, 산출공정 (Ⅰ) 을 실행하기 위해 단계 11 로 처리공정이 속행된다. 산출공정 (Ⅰ) 에서, Vnox(k)는 도 5 에 도시된 방정식 (1) 에 따라 산출되며, 이 값 Vnox(k) 을 사용하여, 총 흡수된 NOx 양 (Atotal) 이 도 5 에 도시된 방정식 (2) 와 (3) 에 따라 산출된다.

단계 12 에서, 최대 흡수가능한 NOx 양에 근접한 값을 갖는 총 흡수된 NOx 양 (Atotal) 이 특정값보다 더 작은 한계값 (Amax) 을 초과하는지 여부가 결정된다. 단계 12 에서, Atotal 이 Amax 보다 더 크다고 결정되는 경우, 농축공정을 실행하기 위해 단계 13 으로 처리공정이 속행된다. 농축공정에서, NOx 촉매 (1) 는 농후한 가스를 공급받는다. 한편, 단계 12 에서, Atotal 이 Amax 보다 더 크지 않은 경우, 처리공정이 종결된다.

한편, 단계 10 에서, NOx 촉매 (1) 로 유입하는 배기가스의 공연비가 희박하지 않다고 결정되는 경우, NOx 촉매 (1) 로 유입하는 배기가스의 공연비가 농후한지 여부를 결정하기 위해 단계 14 로 처리공정이 속행된다. 단계 14 에서, NOx 촉매 (1) 로 유입하는 배기가스의 공연비가 농후하다고 결정되는 경우, 산출공정 (Ⅱ) 을 실행하기 위해 단계 15 로 처리공정이 속행된다. 산출공정 (Ⅱ) 에서, Vnox(k) 의 값은 도 5 에 도시된 방정식 (4) 에 따라 산출되며, 이 값 Vnox(k) 을 사용하여, 총 흡수된 NOx 양 (Atotal) 이 도 5 에 도시된 방정식 (2) 와 (3) 에 따라 산출된다.

다음으로, 단계 16 에서, 총 흡수된 NOx 양 (Atotal) 이 허용 한계값보다 더 작은지 여부와 실질적으로 제로에 가까운 허용값 (Amin) 보다 더 작은지 여부가 결정된다. 단계 16 에서, Atotal 이 Amin 보다 더 작다고 결정되는 경우, 농축공정을 정지하기 위하여 단계 17 로 처리공정이 속행된다. 한편, 단계 16 에서, Atotal 이 Amin 보다 크거나 같은 경우, 처리공정이 종결된다. 이러한 경우, 농후한 가스는 NOx 촉매 (1) 에 계속해서 공급된다.

또한 단계 14 에서, NOx 촉매 (1) 로 유입하는 배기가스의 공연비가 농후하지 않다고 결정되는 경우, 상기 처리공정이 종결된다.

다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태를 설명할 것이다. 도 7 은 제 2 실시형태에 따라 배기 정화장치를 구비한 내연기관을 도시하고 있다. 내연기관 (4) 은 다실린더 내연기관이지만, 오직 하나의 실린더가 단면도로서 도시된다. 상기 내연기관 (4) 은, 연료가 실린더(연소실)에 직접 주입되며, 희박연소 내연기관을 구성하는 형태이다. 내연기관 (4) 은 점화플러그 (6) 를 통해 각각의 실린더 (5) 내에서 혼합가스를 점화시킴으로써 구동력을 발생시킨다. 내연기관 (4) 에서의 연소를 위해 외부 공급원으로부터 도입된 공기는 흡기통로 (7) 를 통과하여 인젝터 (8) 로부터 주입된 연료와 함께 혼합되어, 혼합가스를 만든다. 흡기밸브 (9) 는 실린더 (5) 의 내부와 흡기통로 (7) 사이에 배치된다. 실린더 (5) 내에서 연소된 혼합가스는 배기가스로서 배기통로 (10) 로 방출된다. 배기밸브 (11) 는 실린더 (5) 의 내부와 배기통로 (10) 사이에 배치된다.

실린더 (5) 로 도입되는 공기의 양을 조정하기 위한 스로틀밸브 (12) 는 흡기통로 (7) 에 배치된다. 이 스로틀밸브 (12) 는 이것의 개구정도를 검출하기 위한 스로틀 위치센서 (12) 와 연결되어 있다. 스로틀밸브 (12) 에 더하여, 가속기 페달 (14) 의 내림각을 검출하기 위한 가속기 위치센서 (18) 및 스로틀밸브 (12) 를 구동시키기 위한 스로틀 모터 (16) 가 배치되어 있다. 비록 도 7 에는 도시되어 있지 않지만, 흡기공기의 온도를 검출하기 위한 흡기공기 온도센서가 흡기통로 (7) 에 장착된다.

서어지 탱크 (17) 는 스로틀밸브 (12) 의 하류에 형성된다. 진공센서 (18) 및 냉각개시 인젝터 (19) 가 상기 서어지 탱크 (17) 에 배치된다. 상기 센서 (18) 는 흡기통로 (7) 내의 압력(흡기관 압력)을 검출한다. 상기 인젝터 (19) 는 내연기관 (4) 의 상온시동능력을 향상시키기 위한 것이며 사온시동 중 상기 서어지 탱크 (17) 로 연료를 분사함으로써 균일한 혼합가스를 형성한다.

와류제어밸브(SCV) (20) 가 상기 서어지 탱크 (17) 의 하류에 배치된다. 상기 SCV (20) 는 희박연소(층상급기 연소)시 실린더 (5) 내 안정된 와류를 발생시키기 위한 것이다. 상기 SCV (20) 외에, SCV (20) 의 개구정도를 검출하기 위한 SCV 위치센서 (21) 및 SCV (20) 를 구동시키기 위한 DC모터 (22) 가 배치된다.

제 2 실시형태에 따라 내연기관 (4) 의 흡기밸브 (9) 의 운전 타이밍은 가변밸브 타이밍기구 (23) 에 의해 가변으로 제어될 수 있다. 상기 흡기밸브 (9) 의 개구/밀폐상태는, 이 흡기밸브 (9) 에 더 가까운 측의 캠축의 회전위치를 검출하는 캠 위치센서 (24) 에 의해 검출될 수 있다. 더우기, 크랭크축의 회전위치를 검출하는 크랭크 위치센서 (25) 가 내연기관 (4) 의 크랭크축 근처에 장착된다. 실린더 (5) 내 피스톤 (26) 의 위치 및 엔진속도는 상기 센서 (25) 의 출력으로부터 측정될 수 있다. 내연기관 (4) 은, 내연기관 (4) 의 노킹을 검출하는 노킹센서 (27) 및 냉각수의 온도를 검출하는 수온센서 (28) 가 장착된다.

한편, 배기통로 (10) 에 있어서, 노르말 3원촉매로 구성된 시동촉매(상류 배기가스 정화촉매) (29) 가 내연기관 (4) 의 본체에 더 가까운 위치에 배치된다. 상기 시동촉매 (29) 는 내연기관 (4) 의 연소실(실린더) (5) 에 가까이 위치하며,따라서, 배기가스에 의해 용이하게 가열된다. 따라서, 좀 더 이른시간에, 기관의 시동후 즉시, 상기 시동촉매 (29) 는 촉매의 활성수준까지 온도가 올라가 배기가스중에서 정화될 물질을 정화시킨다. 내연기관 (4) 은 4실린더 기관이며 각각 2실린더를 위한 2개의 시동촉매 (29) 를 구비한다. 각각의 시동촉매 (29) 로 유입하는 배기가스의 공연비를 검출하기 위한 상류측 공연비 센서 (30) 가, 상기 시동촉매 (29) 의 상류에 장착된다.

시동촉매 (29) 의 하류에서, 배기 파이프가 하나의 파이프로 집합되며, 이곳에서 NOx 흡수/환원형 촉매 (NOx 촉매)(31) 가 배치된다. 상기 NOx 촉매 (31) 는 후에 상세히 설명하겠다. NOx 촉매 (31) 밖으로 유출하는 배기가스의 공연비를 검출하기 위한 하류 공연비공연비가 상기 NOx 촉매 (31) 의 하류에 장착된다. 상기 각각의 공연비 센서 (30,32) 는, 농후한 구역으로부터 희박한 구역까지 선형적으로 배기가스의 공연비를 검출할 수 있는 선형 공연비 센서이거나, 또는 배기가스의 공연비가 농후한 구역 또는 희박한 구역에 있는지 여부를 탐지하는 온/오프식 O₂센서(산소센서)이다.

더우기, 배기가스를 재순환시키는 외부 EGR 경로 (33) 가 배기통로 (10) 로부터 흡기통로 (7) 까지 형성된다. 상기 흡기통로 (7) 에 더 가까운 외부 EGR 경로 (33) 부분은 서어지 탱크 (17) 에 연결되어 있는 반면, 상기 배기통로 (10) 에 더 가까운 부분은 시동촉매 (29) 상류의 배기통로 (10) 에 연결된다. 재순환되는 배기가스의 양을 조정하기 위한 EGR 밸브 (34) 는 외부 EGR 경로 (33) 에배치된다. EGR 기구는 흡기통로 (7) 의 내부 부압을 이용하여 배기가스 부분을 흡기통로 (7) 로 되돌려, NOx 발생의 억제효과 및 연료절감을 향상시킨다. 흡기밸브 (9) 의 온/오프 타이밍을 제어함으로써 유사한 효과를 발생시킬 수 있는 내부 EGR 제어를 동시에 사용할 수 있다.

저압 연료공급 펌프 (36) 에 의해, 연료탱크 (35) 내에 저장된 연료가 내연기관 (4) 의 인젝터 (8) 로 보내진다. 이 연료는, 고압 연료펌프 (38) 에 의해 압력이 증가된후, 연료필터 (37) 를 통해 공급된다. 내연기관 (4) 은 희박연소가 가능하다. 우수한 희박연소(층상급기 연소)를 보장하기 위해, 상기 연료는 층상급기 연소에 적합한 상태를 형성하도록 압축행정에서 실린더 (5) 로 직접 주입될 필요가 있다. 이러한 이유로, 상기 연료는, 압력이 증가된 후 인젝터 (8) 에 의해 주입된다.

상기 인젝터 (8) 외에, 연료압력을 검출하기 위한 연료압력 센서 (39) 가 배치되어 간단한 제어운전을 보장한다. 고압 연료펌프 (38) 는, 내연기관 (4) 의 원동력, 즉, 배기밸브 (11) 에 더 가까운 캠축의 회전을 이용하여 연료압력을 증가시킨다. 상온시동 인젝터 (19) 는 저압 연료펌프 (36) 로부터 보내진 연료를 공급받는다.

연료탱크 (35) 이외에, 이 연료탱크 (35) 에서 증발한 연료를 포획하기 위한 활성탄깡통 (40) 이 배치된다. 상기 활성탄깡통 (40) 은 그 안에 활성탄 필터를 포함하며, 이로인해 상기 증발된 연료가 포획된다. 따라서 상기 포획된 연료는, 퍼지 컨트롤 밸브 (41) 에 의해 퍼지양을 제어하면서, 흡기통로 (7) 로 퍼지되며 실린더 (5) 에서 연소된다. 연료탱크 (35) 는, 주입되지 않고 남아있는 연료를 연료탱크로 되돌리기 위한 리턴파이프 (42) 를 장착한다.

내연기관 (4) 을 전체적으로 제어하기 위한 전자제어유닛(ECU) (43) 은, 점화플러그 (6), 인젝터 (8), 스로틀 위치센서 (13), 가속기 위치센서 (18), 스로틀 모터 (16), 진공센서 (18), 상온시동 인젝터 (19), DC모터 (22), 가변밸브 타이밍기구 (23) 의 작동기, 캠 위치센서 (24), 크랭크 위치센서 (25), 노크센서 (27), 수온센서 (28), 공연비 센서 (30,32), 퍼지 컨트롤 밸브 (41), EGR 밸브 (44), 흡기공기 온도센서 및 상술한 타 작동기와 센서에 연결된다.

도 1 에 도시된 장치에 있어서, 전자식으로 제어되는 구동유닛(EDU) (44)는 상기 ECU (43) 와 인젝터 (8) 사이에 배치된다. 상기 EDU (44) 는 ECU (43) 로부터의 구동전류를 증폭하여 높은 전압과 더 큰 전류로 인젝터 (8) 를 구동시키기 위한 것이다. 이러한 작동기 및 센서들은 상기 ECU (43) 로부터의 신호에 근거하여 제어되거나 또는 그 검출 결과를 ECU (43) 에 송신한다. 상기 ECU (43) 는 산술연산을 실행하기 위한 CPU, 산술연산의 결과처럼 다양한 정보를 저장하기 위한 RAM, 배터리로 상기의 저장된 정보를 유지하기 위한 백업 RAM, 및 다양한 제어 프로그램을 저장하기 위한 ROM을 포함한다.

다음으로, 시동촉매 (29) 의 산소 흡수운전을 간단히 설명하겠다.

시동촉매 (29) 로서 사용된 3원촉매는 세리아(CeO₂)등의 조성을 가지며, 정화될 배기가스의 성분을 산화/환원시킬 뿐만 아니라 배기가스로부터 산소를 흡수및 방출하는 특징을 갖는다. 이 산소흡수 운전을 이용함으로써, 배기가스중의 산소가 시동촉매 (29) 에 의해 흡수될 수 있어, 시동촉매 (29) 로 유입하는 배기가스의 공연비가 희박한한 경우에서의 여분의 NOx(질소산화물)의 환원을 촉진시키도록 환원환경에 가까운 상태가 형성될 수 있다.

한편, 시동촉매 (29) 로 유입하는 배기가스의 공연비가 농후한 경우에, 흡수된 산소가 방출되어, 여분의 CO(일산화탄소) 및 HC(탄화수소)를 산화함으로써 배기가스의 정화가 촉진될 수 있다.

상술한 것처럼, 산소의 흡입과 방출의 성질을 이용함으로써 배기가스 정화율을 향상시킬 수 있다. 흡수된 산소량이 정확하게 제어되는 한, 배기가스를 효과적으로 정화할 수 있다. 흡수된 산소량은, 시동촉매 (29) 로 유입하는 배기가스의 산소농도를 상류측 공연비 센서 (30) 를 사용하여 검출하고, 이 검출된 산소농도를 기초로 상기 시동촉매 (29) 에 의해 흡수/방출된 산소량을 산출하고 합산함으로써 추정될 수 있다.

따라서, 추정되어진 흡수된 산소량과 산소의 흡수능력을 사용하여, 배기가스의 정화 및 이에 따른 공연비가 적당한 배기가스의 정화를 보장하도록 제어될 수 있어, 배기가스의 정화효율을 향상시킨다. 상술한 정화(산화환원)를 위한 시동촉매 (29) 의 반응 및 산소의 흡수/방출 반응으로 인해, 하류측 NOx 촉매 (31) 에 의해 흡수된 NOx 의 양을 추정하기가 어렵게 된다. 그러나, 상기 NOx 촉매 (31) 앞에 밀착하여 다른 공연비 센서를 장착함으로써, NOx 촉매로 유입하는 배기가스의 조성을 정확하게 검출할 수 있다.

그럼에도 불구하고, 상류측 공연비 센서 (30) 와 하류측 공연비 센서 (32) 외에 다른 공연비 센서의 제공은 비용을 증가시킨다. 이러한 관점에서, NOx 촉매 (31) 를 제어하기 위한 시동촉매 (29) 의 존재로 인해 야기된 역효과는, 제 2 실시형태에 따르는 배기가스 정화장치에 의해 제거된다. 이 배기가스 정화장치는 후에 상세히 설명될 것이다.

이제, NOx 촉매 (31) 를 설명하겠다. NOx 촉매 (31) 는, 표면이 알루미나 박막층으로 코팅된 캐리어를 포함하며, 캐리어는, 플라티늄, 팔라디움 또는 로듐등의 귀금속, 알카리금속(K, Na, Li 또는 Cs 등) 및 알카리토금속(Ba 또는 Ca 등) 또는 희토류원소(La 또는 Y) 를 운반하여, 내연기관이 희박한 공연비로 운전중인 동안에 배기가스중 NOx 가 흡수될 수 있도록 한다. 따라서, NOx 촉매 (31) 는 배기가스중에서 환원되지 않은 NOx 를 흡수하는 기능을 가지며, 이 기능외에 보통의 3원촉매로서, 즉 거의 이론공연비에서 연소된 배기가스중의 HC, CO 및 NOx 를 정화시키는 기능을 갖는다.

NOx 촉매 (31) 로 흡수된 NOx 는, 농후한 공연비 또는 이론공연비에서 연소되는 경우, 방출되며, 따라서 배기가스중에 함유된 HC 및 CO 에 의해 환원되어 정화된다. 상기 공정에서, HC 및 CO 는 산화에 의해 정화된다. 따라서, NOx 촉매 (31) 로 흡수된 NOx 양이 거의 완전한 레벨에 도달한 것으로 판단되는 경우, 내연기관은 때때로 농후한 공연비에서 단시간동안 흡수된 NOx 를 환원시키도록 리치 스파이크(rich spike) 상태에서 강제적으로 운전된다.

상술한 것처럼, NOx 촉매 (31) 는 NOx 보다 더 안정된 형태로 SOx(황산산화물)을 흡수하여, SOx 중독현상을 일으킨다. 따라서, 또한 이러한 경우, NOx 촉매 (31) 로 흡수된 SOx 는 리치 스파이크 운전에 의해 NOx 촉매 (31) 로부터 강제적으로 방출된다. 그 결과, NOx 촉매 (31) 에 의한 NOx 흡수 및 환원능력(흡수가능한 NOx 양)이 증가되어, 배기가스에 함유된 NOx 의 정화율을 향상시킨다.

운전상태에 따라, 상기 리치 스파이크 운전이 실행되지 않을 수 있다. 따라서, NOx 촉매 (31) 의 흡수가능한 NOx 양이 많을수록, 더 좋다. 흡수될 수 있는 많은 양의 NOx 는, 더 이상 흡수될 수 없는 NOx 가 하류로 유출하는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로 희박연소 상태에서, 배기가스중 NOx 의 양은 증가하려는 경향이 있다. NOx 촉매 (31) 는 희박연소 운전시에 발생한 NOx 를 흡수하며, 가능한 후에 그것을 방출하고 정화시켜, 배기가스 정화성능을 향상시킨다.

동시에, NOx 촉매 (31) 로 흡수된 NOx 의 양이, 시동촉매 (29) 에 의해 흡수된 산소량 및 산소흡수 능력만큼 정확하게 추정된다면, 각별한 추정을 사용하여 배기가스 정화율을 향상시킬 수 있다. 흡수된 NOx 의 양 및 NOx 흡수능력은 기본적으로, 시동촉매 (29) 의 산소흡수능력 및 흡수된 산소량과 유사한 방법으로 추정된다. 그러나, NOx 촉매 (31) 앞에 밀착하여 배치된 공연비 센서의 부족으로 인해, 흡수된 NOx 양 및 NOx 흡수능력은, NOx 촉매 (31) 로 유입하는 배기가스의 특성에 기초하여 추정된 흡수/방출된 NOx 양을 합산하여 추정된다.

흡수/방출된 NOx 양의 산출시, 특정한 시점에서 흡수된 NOx 의 양이 또한 고려된다. 예를 들어, 후에 서술할 NOx 흡수능력과 비교해서 특별한 시점에서 흡수된 NOx 의 양이 작을수록, NOx 의 흡수가 더 용이하다. 한편, NOx 가 실질적으로 NOx 흡수능력까지 완전히 흡수되는 경우, NOx 는 용이하게 새로이 흡수되지 않는다.

NOx 흡수능력(또는 최대 흡수된 NOx 양)은, 합산되고 갱신된 흡수된 NOx 양 및 하류측 공연비 센서 (32) 로부터 추정될 수 있다. 일단 NOx 촉매 (31) 가 최대 능력까지 NOx 를 흡수하면, 더 이상 NOx 가 흡수될 수 없으며 여분의 NOx 가 NOx 촉매 (1) 의 하류측으로 유출한다. 이것은 하류측 공연비 센서 (32) 로 검출된다. 유사한 방식으로, NOx 촉매 (1) 가 그 안에 함유된 모든 NOx 를 방출하는 한, NOx 방출이 허용되는 경우에서 조차 어떤 NOx 도 방출되지 않는다. 이러한 사실은 하류측 공연비 센서 (32) 로 검출된다. 이러한 방식으로, 흡수된 NOx 양의 상한 및 하한이 판단되며, 그들 사이의 차이점이 NOx 흡수능력을 추정하는데 사용된다.

도 8 은 시동촉매 (29) 에 의해 흡수된 산소량 및 NOx 촉매 (31) 에 의해 흡수된 NOx 양을 산출하기 위한 제어공정을 도시하는 플로 챠트이다. 먼저, 단계 100 에서, 시동촉매 (29) 로 유입하는 배기가스의 공연비를 상류측 공연비 센서 (30) 로 검출한다. 단계 110 에서, 상기 검출된 배기가스의 공연비가 희박한지 여부를 판단한다. 상기 배기가스의 공연비가 희박하다고 판단되는 경우에, 산소는 시동촉매 (29) 로 흡수되며 NOx 는 NOx 촉매 (31) 로 흡수된다. 한편, 상기 배기가스의 공연비가 농후하다고 판단되는 경우에, 산소는 시동촉매 (29) 로부터 방출되고 NOx 는 NOx 촉매 (31) 로부터 방출된다. 따라서, 단계 110 에서 배기가스의 공연비가 희박하다고 판단되는 경우에, 시동촉매 (29) 에 의해 흡수/방출된 산소량, 즉 시동촉매 (29) 로 흡수된 산소량은 단계 120 의 산소 흡수/방출모델에 기초하여 산출된다.

상기 산소 흡수/방출모델은, 다양한 센서에 의해 검출된 값을 기초로 하여 시동촉매 (29) 에서의 산소 흡수/방출반응을 산출하기 위한 수학적 모델로서 정의된다.

제 2 실시형태에 따라, 흡수된 산소량은, 진공센서 (18) 에 의해 검출된 흡기관의 부압으로부터 판단된 흡기량 및 상류측 공연비 센서 (30) 에 의해 검출된 배기가스의 공연비의 함수로서 산출된다. 상기 흡수/방출된 산소량은, 산소가 흡수되는 경우에는 양의 값으로, 산소가 방출되는 경우에는 음의 값으로 추정한다.

단계 120 후의 단계 130 에서, NOx 촉매 (31) 에 의해 흡수/방출된 NOx 양, 즉 NOx 촉매 (31) 로 흡수된 NOx 양은 NOx 흡수/방출모델에 기초하여 산출된다. 또한 상기 NOx 흡수/방출모델은, 상술한 산소 흡수/방출모델과 다양한 센서에 의해 얻은 값에 기초하여 NOx 촉매 (1) 내에서의 NOx 흡수/방출반응을 산출하기 위해 사용된 수학적 모델이다. 제 2 실시형태에 따라, 상기 흡수/방출된 NOx 양은, 인젝터 (8) 로부터 주입된 연료량 및 크랭크 위치센서 (25) 로부터 얻은 엔진속도의 함수로서 산출된다. 상기 흡수/방출된 NOx 양은, 또한 NOx 가 흡수되는 경우에는 양의 값으로, NOx 가 방출되는 경우에는 음의 값으로 추정한다.

한편, 단계 110 에서, 배기가스의 공연비가 농후하거나 또는 이론 공연비와 동일하다고 판단되는 경우에, 시동촉매 (29) 에 의해 흡수/방출된 산소량, 즉 시동촉매 (29) 로 방출된 산소량은 단계 140 에서 산출된다. 이 방출된 산소량은,배기가스의 공연비 및 흡기량의 함수로서 맵으로부터 습득된다. 더우기, 단계 140 후의 단계 150 에 있어서, 특정한 시점에서 시동촉매 (29) 로 흡수된 산소의 총량 TAo 이, NOx 촉매 (31) 로 흡수된 NOx 를 환원시키는데 필요한 환원제를 산화시킬 수 있는 산소량 TAoth (NOx 환원억제 산소량 ) 보다 작은지 여부(TAo < TAoth)가 판단된다. 총 흡수된 산소량 TAo 가 NOx 환원억제 산소량 TAoth 보다 작지 않은 경우, 배기가스의 대부분의 농후한 성분은 시동촉매 (29) 로부터 산소를 방출하는데 소비되어, NOx 촉매 (31) 로부터 NOx 를 방출하는 것이 불가능하게 된다.

상기 판단이 단계 150 에서 긍정적인 경우, 즉 NOx 촉매 (31) 로 흡수된 NOx 가 방출되는 상황으로 판단되는 경우, NOx 촉매 (31) 에 의해 흡수/방출된 NOx 양, NOx 촉매 (31) 로부터 방출된 NOx 의 양은 단계 160 에서 NOx 흡수/방출 모델에 기초하여 산출된다. 이 방출된 NOx 양은 또한 배기가스의 공연비 및 흡기량의 함수의 맵으로부터 습득될 수 있다. 한편, 단계 150 에서의 판단이 부정적인 경우, 즉 NOx 촉매 (31) 로 흡수된 NOx 가 방출되지 않는 상황으로 판단되는 경우, 단계 160 의 실행없이 단계 170 으로 처리공정이 속행된다.

단계 130 또는 160 에 연속하여, 또는 단계 150 에서의 판단이 부정적으로 판명난 후, 흡수된 산소량은 단계 170 에서 갱신된다. 상기 흡수된 산소량은, 총 흡수된 산소량의 선행값 (TAo(n-1)) 에 흡수/방출된 산소량 (Ao) 을 합산함으로써 갱신될 수 있다. 산소가 흡수되는 경우, 흡수/방출된 산소량이 더해지며, 반면에 산소가 방출되는 경우, 상기 흡수/방출된 산소량은 빼진다. 단계 170후의 단계 180 에서, 흡수된 NOx 양은 유사한 방식으로 갱신된다. 흡수된 NOx 양은 또한, 총 흡수된 NOx 양의 선행값 (TAnox(n-1)) 에 흡수/방출된 NOx 양 (Anox) 을 합산함으로써 갱신된다. 상기 흡수/방출된 NOx 양은, NOx 가 흡수되는 경우에 더해지며, NOx 가 방출되는 경우에 빼진다.

구체적으로, 위에서 산출된 총 흡수된 NOx 양은, 예를 들어, NOx 촉매 (31) 로 유입하는 특정 성분을 구성하는 NOx 양의 합산된 값으로 습득될 수 있다. NOx 양을 생성하기 위한 다양한 센서 및 산술연산을 실행하기 위한 ECU (43) 는 특정성분을 산출하기 위한 수단으로서 기능한다. 제 2 실시형태에 따라, 상술한 리치 스파이크 운전을 실행하는 타이밍은, 산출되어진 흡수된 NOx 양(특정성분의 NOx 양의 합산값)에 기초하여 판단된다. 도 9 는 상기 리치 스파이크 운전을 실행하는 타이밍을 판단하기 위한 플로 챠트이다. 단계 190 에서, 총 산소와 NOx 양은 그들의 상한과 하한 사이에서 한정된다는 것을 주의해야 한다.

도 9 에 따라, 먼저, 단계 200 에서, 시동촉매 (29) 의 상류에서의 배기가스의 공연비가 상류측 공연비 센서 (30) 에 의해 검출된다. 그런후, 단계 210 에서, 검출된 배기가스의 공연비가 희박한지 여부를 판단한다. 단계 210 에서 배기가스의 공연비가 희박하다고 판단되는 경우, NOx 촉매 (31) 로 흡수된 총 NOx 양 (TAno) 이 단계 220 에서 검침된다. 따라서 검침된 총 흡수된 NOx 양 (TAnox) 은, 도 8 의 플로 챠트에서 도시된 제어운전에 의해 산출되어진 흡수된 NOx 양과 동일하다. 단계 230 에서, 현재의 총 흡수된 NOx 양 (TAnox) 이 NOx 흡수능력, 즉 흡수가능한 NOx 양의 소정 비율 (PAnox) 보다 더 큰지 여부가 판단된다.

상기 소정 비율은 상수 K 로 결정된다. 예를 들어, K 가 0.8 이며 단계 230 에서의 판단이 긍정적인 경우, 흡수가능한 NOx 양의 80% 를 차지하는 양의 NOx 가 이미 흡수되었다는 것을 의미한다. 이 상수 K 는 미리 결정된다. 상술한 것처럼, 단계 230 에서의 판단이 긍정적인 경우, 즉 NOx 촉매 (31) 의 총 NOx 흡수능력이 실질적으로 NOx 를 흡수하는데 소비된 경우, 단계 240 에서 리치 스파이크 운전이 개시된다.

일단 리치 스파이크 운전이 개시되면, NOx 촉매 (31) 로 흡수된 NOx 가 방출되고 환원(정화)되어, NOx 촉매 (31) 의 NOx 흡수능력의 여분이 확보된다. 한편, 단계 230 에서의 판단이 부정적인 경우, 즉 NOx 촉매 (31) 가 여전히 NOx 를 흡수할 능력의 여분을 갖는 경우, 도 3 의 플로 챠트에서 도시된 처리공정이 종결된다. 이러한 경우, 리치 스파이크 운전은 개시되지 않는다.

단계 210 에서의 판단이 부정적인 경우, 단계 250 에서 배기가스의 공연비가 농후한지 여부를 판단한다. 단계 250 에서 배기가스의 공연비가 농후하다고 판단되는 경우, NOx 촉매 (31) 의 총 흡수된 NOx 양 (TAnox) 이 단계 260 에서 검침된다. 따라서 검침된 총 흡수된 NOx 양 (TAnox) 은 도 8 의 플로 챠트에서 도시된 제어운전에 의해 산출된다. 단계 270 에서, 현재의 총 흡수된 NOx 양 (TAnox) 이 소정의 기준값 Vr 보다 작은지 여부를 판단한다(TAnox < Vr).

상기 소정의 기준값 Vr 은, NOx 촉매 (31) 에 대한 NOx 흡수능력의 충분한 여분이 확보되는지 여부를 판단하기 위한 기준을 구성하는 값으로써 설정된다. 단계 270 에서의 판단이 긍정적인 경우, 즉 NOx 촉매 (31) 가 이미 NOx 를 흡수할능력의 충분한 여분을 갖는 경우, 단계 (280) 에서 리치 스파이크 운전이 종결된다. 단계 270 에서의 판단이 부정적인 경우, 즉 NOx 촉매 (31) 에 대해 NOx 흡수능력의 충분한 여분이 아직 확보되지 않은 경우, 도 3 의 플로 챠트에 도시된 처리공정이 종결된다. 이러한 경우, 리치 스파이크 운전은 종결되지 않는다.

단계 250 에서의 판단이 부정적인 경우, 도 3 의 플로 챠트에 도시된 처리공정은 종결된다. 이러한 경우, 리치 스파이크 운전은 개시되거나 종결되지 않는다. 상술한 것처럼, 제 2 실시형태에 따라, 리치 스파이크 운전을 실행하는 타이밍은 흡수된 NOx 양(특정성분의 NOx 의 합산 값)에 기초하여 판단된다. 따라서, 리치 스파이크 운전은, NOx 촉매 (31) 로 유입하는 NOx 양의 합산 값, 즉 NOx 촉매 (31) 로 흡수된 NOx 양에 기초한 정확한 타이밍에서 실행될 수 있다. 그 결과, 상기 흡수된 NOx 양이 정확하게 추정되며, 상기의 정확하게 추정되어진 흡수된 NOx 양에 기초하여, 리치 스파이크 운전의 실시시기가 판단된다. 따라서, NOx 를 흡수하는 NOx 촉매 (31) 의 기능을 효과적으로 이용함으로써 더욱 효과적인 배기가스의 정화를 달성할 수 있다.

더우기, 제 2 실시형태에 따라, NOx 촉매 (31) 로 유입하는 성분의 환원량에 기초하여, 리치 스파이크 운전에 의한 공연비의 농축정도가 판단되거나 또는 상기 리치 스파이크 운전 중 농축정도가 수정된다. 환원성분은, 리치 스파이크 운전중 NOx 촉매 (31) 로 흡수된 NOx 를 환원시키는 성분, 구체적으로 HC 또는 CO 이다. 농축정도는 농후정도, 즉 공연비가 이론 공연비에 가깝거나 또는 매우 농후한지 여부로서 정의된다.

구체적으로, NOx 촉매 (31) 로 유입하는 배기가스 중 환원성분이 작은 경우, 리치 스파이크 운전에 의해 NOx 촉매 (31) 로 흡수된 NOx 가 방출될 수 없으며 또는 NOx 촉매 (31) 의 SOx 중독현상을 예방할 수 없다. 따라서, 그러한 경우, 농축도는, 더 높은 레벨로 수정되거나 또는 NOx 촉매 (31) 에 대한 리치 스파이크 운전의 효과를 확보하도록 수정된다.

반대로, NOx 촉매 (31) 로 유입하는 배기가스 중 환원성분 양이 큰 경우, 비록 리치 스파이크 운전의 효과가 NOx 촉매 (31) 에 대해 완전히 발현되었더라도, 여분의 환원성분이 NOx 촉매 (31) 하류측으로 유출할 우려가 있다. 따라서, 그러한 경우에, 농축도는 이론 공연비(매우 농후한)에 가까운 값으로 설정되거나 또는 수정되어, 리치 스파이크 운전의 효과가 NOx 촉매 (31) 에 대해 적절히 발현될 수 있다.

연료의 연소중 공연비 제어 이외의 다른 방법으로써, 상기 농축도는 배기행정에서의 연료 주입으로써 제어될 수 있다. 이러한 방법으로, 배기행정 중 연료연소는 배기가스 중 환원성분(특히, HC)을 증가시킬 수 있어 농축도를 증가시킬 수 있다. 본 발명에서 처럼 배기가스 중 환원성분에 기초한 농축도를 판단하지 않고, 리치 스파이크 운전의 길이등의 농후한 윤곽이 동일한 목적을 달성하기 위해 변경될 수 있다.

다른 대안으로써, 상기 농후한 윤곽은, 시동촉매 (29) 의 흡수된 산소량에 따라 또는 시동촉매 (29) 의 온도에 따라 변경된다. 다른 대안으로써, 상기 농후한 윤곽은 시동촉매 (29) 의 퇴화의 정도에 따라 변경된다. 이것은, 하류에위치한 NOx 촉매 (31) 에 대한 리치 스파이크 운전 효과가 시동촉매 (29) 의 조건에 따라 변하는 사실 때문이다. 따라서, NOx 촉매 (31) 로 흡수된 NOx 는 효과적으로 환원되는 반면 연료절감의 저하를 억제한다. 그 결과, NOx 를 흡수하는 NOx 촉매 (31) 의 기능이 향상된 배기가스 정화의 실시에 효과적으로 이용된다.

제 1 및 제 2 실시형태는 서로 결합될 수 있다. 제 1 및 제 2 실시형태의 결합을 포함하는 제 3 실시형태에 따라, NOx 촉매 (31) 의 각각의 영역으로 흡수된 NOx 양은 제 1 실시형태에서 구체화된 방법으로 산출되며, 이러한 흡수된 NOx 양은 NOx 촉매 (31) 로 흡수된 총 NOx 양을 산출하도록 합산된다. 구체적으로, 제 1 실시형태의 모델은 제 2 실시형태의 NOx 흡수/방출 모델로서 사용된다. 제 3 실시형태에 따라, 리치 스파이크 운전의 실시타이밍은, 그렇게 산출된 총 흡수된 NOx 양에 기초하여 판단된다.

또한, 제 3 실시형태에 따라, 예를 들어, 농후한 공연비의 배기가스가 NOx 촉매 (31) 로 유입하는 경우, 또는 리치 스파이크 운전이 실시되는 경우, NOx 촉매 (31) 로부터 방출된 NOx 양은 NOx 촉매 (31) 로 유입하는 환원제의 양에 기초하여 산출된다. 총 흡수된 NOx 양을 얻기 위해 상기 방출된 NOx 양을 상기의 총 흡수된 NOx 양으로부터 뺀다.

더우기, 제 3 실시형태에 따라, 리치 스파이크 운전이 실시되는 한, NOx 촉매에 유입하는 환원제의 양, 즉 인젝터 (8) 로부터 주입되는 연료량의 증가분은, NOx 촉매에 유입하는 환원제의 양에 기초하여 필요한 환원제의 양이 NOx 촉매에 유입하는 방식으로 제어된다.

NOx 촉매는 희박연소 운전시에 발생한 NOx 를 흡수하며, 가능한 후에 그것을 방출하고 정화시켜, 배기가스 정화성능을 향상시킨다.

동시에, NOx 촉매에 흡수된 NOx 의 양이, 시동촉매에 의해 흡수된 산소량 및 산소흡수 능력만큼 정확하게 추정된다면, 각별한 추정을 사용하여 배기가스 정화율을 향상시킬 수 있다.

Claims

배기가스 정화장치로서,

유입하는 배기가스의 공연비가 희박한 경우에는 배기가스중의 NOx 를 흡수하며, 또한 배기가스의 공연비가 농후해진 경우에는 흡수된 NOx 를 배기가스중의 환원제로 환원함으로써 정화하는 NOx 촉매;

상기 NOx 촉매에 유입하는 배기가스의 공연비가 희박한 경우에 NOx 촉매의 각각의 영역에서의 단위시간당 흡수된 NOx 의 양을 산출하기 위한 계산수단; 및

NOx 촉매의 영역에 대해 상기 계산수단에 의해 산출된 NOx 의 양을 합산함으로써 NOx 촉매에 흡수된 NOx 의 총량을 산출하기 위한 수단을 포함하는 배기가스 정화장치.
제 1 항에 있어서, 상기 NOx 양이 허용 한계값에 도달하는 경우, 상기 NOx 촉매에 농후한 공연비를 갖는 배기가스를 공급하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
배기가스 정화장치로서,

배기통로에 배치된 NOx 촉매;

상기 NOx 촉매보다도 상류측의 배기통로에 배치된 배기가스 정화 촉매;

상기 배기가스 정화 촉매로부터 유출하여 상기 NOx 촉매에 유입하는 적어도하나의 성분의 양과 관련된 값을 산출하기 위한 계산수단; 및

상기 계산수단에 의해 산출된 성분의 양과 관련된 값을 기초로 리치 스파이크 운전을 실시하기 위한 리치 스파이크 실시수단을 포함하는 배기가스 정화장치.
제 3 항에 있어서, 상기 성분은 NOx 이며, 상기 계산수단에 의해 산출된 성분의 양과 관련된 상기 값은 상기 NOx 촉매에 유입하는 NOx 양의 적산값인 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
제 3 항에 있어서, 상기 성분은, 리치 스파이크 운전이 실시되지 않는 경우 상기 NOx 촉매에 흡수된 NOx 및 상기 리치 스파이크 운전이 실시되는 경우 상기 NOx 촉매에 흡수된 NOx 를 환원시키는 환원성분을 포함하며,

상기 계산수단에 의해 산출된 상기 성분의 양과 관련된 상기 값은, 리치 스파이크 운전이 실시되지 않는 경우 상기 NOx 촉매에 유입하는 NOx 의 양을 적산하고, 리치 스파이크 운전이 실시되는 경우 상기 NOx 촉매에 유입하는 상기 환원성분의 양과 관련된 상기 값을 뺌으로써 얻어지는 값인 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
제 4 항에 있어서, 상기 NOx 촉매에 유입하는 상기 환원제의 양은, 리치 스파이크 운전이 실시되는 경우 상기 NOx 촉매에 유입하는 상기 환원성분의 양에 기초하여 제어되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
제 3 항에 있어서, 상기 성분은 NOx 이며, NOx 촉매는, 상기 NOx 촉매에 유입하는 배기가스의 공연비가 희박한 경우에는 배기가스중의 NOx 를 흡수하는 반면에, 유입하는 배기가스의 공연비가 농후해진 경우에는 흡수된 NOx 를 배기가스중의 환원성분으로 환원함으로써 정화하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
배기가스 정화장치로서,

배기통로내에 배치된 NOx 촉매;

상기 NOx 촉매보다도 상류측의 배기통로에 배치된 배기가스 정화 촉매;

상기 배기가스 정화 촉매로부터 유출하여 단위시간당 상기 NOx 촉매의 각각의 영역에 흡수되는 성분의 양을 산출하기 위한 제 1 계산수단;

상기 제 1 계산수단에 의해 각각 산출된 상기 NOx 촉매영역에 대한 상기 성분의 양을 합산함으로써 상기 NOx 촉매에 흡수된 상기 성분의 총량을 산출하기 위한 제 2 계산수단; 및

상기 제 2 계산수단에 의해 산출된 상기 성분의 양에 기초하여 리치 스파이크 운전을 실시하기 위한 리치 스파이크 실시 수단을 포함하는 배기가스 정화장치.
제 8 항에 있어서, 상기 성분은 NOx 이며, 상기 NOx 촉매는, 유입하는 배기가스의 공연비가 희박한 경우에는 배기가스중의 NOx 를 흡수하는 반면, 유입하는 배기가스의 공연비가 농후해진 경우에는 흡수된 NOx 를 배기가스중의 환원제로 환원함으로써 정화하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
제 8 항에 있어서, 상기 성분은 NOx 이며, 상기 제 2 계산수단에 의해 산출된 총 성분의 양은 상기 NOx 촉매에 흡수된 NOx 양의 적산값인 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
제 8 항에 있어서, 상기 성분은, 리치 스파이크 운전이 실시되지 않는 경우 상기 NOx 촉매에 흡수된 NOx 및 상기 리치 스파이크 운전이 실시되는 경우 상기 NOx 촉매에 흡수된 NOx 를 환원시키는 환원성분을 포함하며,

상기 제 2 계산수단에 의해 산출된 총 성분의 양은, 리치 스파이크 운전이 실시되지 않는 경우 상기 NOx 촉매에 흡수된 NOx 의 양을 적산하고, 리치 스파이크 운전이 실시되는 경우 상기 NOx 촉매에 유입하는 상기 환원성분의 양과 관련된 값을 뺌으로써 얻어지는 값인 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
제 11 항에 있어서, 상기 NOx 촉매에 유입하는 상기 환원제의 양은, 리치 스파이크 운전이 실시되는 경우 상기 NOx 촉매에 유입하는 상기 환원성분의 양에 기초하여 제어되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.